Примесные состояния в низкоразмерных структурах.. Поверхностные электронные состояния.

Донорно-акцепторные пары

Доноры и акцепторы, расположены в соседних узлах, в результате кулоновского взаимодействия образуют комплекс – донорно-акцепторную пару (ДАП).

 

 

Изолированная ДАП – волновая функция соседних атомов не перекрывается R_- и R₊ размеры.

 

Донора и акцептора:

Энергия электронных состояний ДАП

зависит от расстояния в паре в R_ДАП

R_ДАП – изменяется дискретно.

 

Глубокие примесные центры (ГЦ)

- это не водородные центры, многозарядные – образуют двойные и тройные доноры и акцепторы, уровни которые не связаны с краями зон (донор образует уровни в нижней части запрещенной зоны, а акцептор – в верхней).

 

ГЦ образования примеси, валентность, которая отличается более чем на единицу от валентности замещаемого атома.

Электроны ГЦ сильно связаны с центром, поэтому ГЦ обладают коротко действующим потенциалом (в пределах 1-2 элементарных ячеек).

Поэтому для расчета энергетического спектра ГЦ используются те же методы, что для электронных состояний кристалла. Кристаллического поле расщепляет уровни ГЦ в целую систему уровней, которые накладываются на зонный спектр кристалла.

Для ГЦ характерно большое различие в термической DE_j^терм и оптической DE_j^опт энергиях ионизации примеси из-за сильного электрон-фононного взаимодействия (взаимодействие ГЦ с колебанием решетки).

 

 

Тройной акцептор в Ge

Атомы меры нахождения в Ge в состоянии Cu⁰ – нейтральный атом; Cu^-, Cu^2-, Cu^3-} тройной акцептор.

А^-: Cu⁰ + e = Cu^- - образуется уровень вблизи E_V и дырка в валентной зоне

(e – из валентной зоны).

A^2-: Cu^- + e = Cu^-- - образуется уровень вблизи середины DEg и h⁺ в валентной зоне (двойной акцептор).

A^3-: Cu^-- + e = Cu^--- - образуется уровень вблизи Ec в верхней части DEg и h⁺ в валентной зоне (тройной акцептор).

 

Схема уровней:

ГЦ проявляют себя в процессах излучательной и безизлучательной рекомбинации, поглощении, люминесценции и фотопроводимости.

Изоэлектронные примеси

- это примеси, которые имеют ту же валентность и сходную электронную структуру, что и замещаемый атом (ион) (изовалентные примеси).

Обладают короткодействующим потенциалом, поэтому они аналогичны ГЦ, но имеют небольшую энергию ионизации как водородоподобные центры из-за экранизации потенциала центра диэлектрической средой полупроводника.

Проявляют себя как центры захвата (ловушки) электронов, дырок, экситонов (пара ).

Азот в фосфите галлия

- замещает фосфор в решетке (N_P). Поскольку N обладает большей электроотрицательностью, чем P, то атом N захватывает электрон и превращается в N^-, который захватывает дырку.

N^- ведет себя как акцептор.

Легированные азотом используются для управления люминесцентными свойствами.

Электрически нейтральные примеси

Кислород в Si: имеет большую энергию ионизации (>DEg), поэтому он находится в электрически нейтральном состоянии, но влияет на подвижность носителей.

Обнаруживают кислород по поглощению света связями Si – O, имеющими определенную частоту колебаний!